книги из ГПНТБ / Глушихин, Ф. П. Трудноуправляемые кровли в очистных забоях

поломана, но лаву не завалило. Здесь же хорошо видна форма наклонной трещины и характер перемещения части пород в зоне трещины. Наклонная поверхность просевшего блока имеет следы сильного трения.

Относительное проседание блоков изменялось в пре­ делах 50—80 мм, увеличиваясь до 100—120 мм.

Скважины в лаве № 14—32 бурились с целью опре­ деления формы трещин и общего характера разрушения кровли над призабойным пространством.

вития трещин в кровле над призабойным пространством лавы. При первом осмотре скважины никаких наруше­ ний массива в кровле не обнаружено. Скважина была забурена при отставании линии обрушения от линии крепи на 4,5 м. Через 25 ч при неподвижном забое в скважине на глубине 194 мм была обнаружена един­ ственная трещина а по напластованию с раскрытием 15 мм. Причиной возникновения ее могло явиться только влияние опускающегося заднего блока и действие сил бокового распора. После удаления забоя лавы от сква­ жины на 2,6 м в ней были обнаружены две наклонные трещины на глубине 3067 мм б и 2389 мм в (см. рис. 14).

Старая трещина по напластованию к этому времени оставалась без изменений.

По истечению двух суток при неподвижном забое скважина искривилась по наклонной трещине в на 30 мм. Кроме того, произошел сдвиг по трещине напла­ стования на 10 мм. В скважине появились новые тре­

Никаких смещений скважины по ним не наблюдалось. Общее смещение г устья скважины по нормали к пласту составило 115 мм, а в плоскости напластования 20 мм в сторону забоя. Средний угол наклона траекто­ рии смещения устья скважины к горизонтальной линии

составил 80°.

Ожидалось, что новая наклонная трещина пройдет вдоль линии забоя. Поэтому скважина II была пробу­ рена на небольшую длину. Однако наклонная трещина возникла только после следующего прохода комбайна и была подсечена, скважиной III. Все параметры разру­ шения обозначены на рис. 14 позициями д, е. Состояние

50

вождались повышенными нагрузками на крепь. Это приводило к обрушению нижнего неустойчивого слоя в пространстве между забоем и крепью, заколам и т. д. Относительные смещения кровли по заколам достигали 0,5 м. Отмечались случаи зажатия крепи, повышенного отжима угля, деформации оградительных частей секций

<

Рис. 15. Измерительная станция в нише:

а— разрез вдоль ниши; б — поперечный разрез

крепи. Между этими неблагоприятными периодами со­ стояние кровли в призабойном пространстве было хоро­ шим, в выработанном пространстве наблюдалось зави­ сание кровли.

Исследования разрушения кровли в лаве № 95 про­ водились с использованием передовых ниш длиной 5 м, проходимых из лавы. В нишах оборудовались измери­ тельные станции, позволяющие определять величину и характер перемещения кровли и почвы, сжатия и отжима угля. Общий вид станции показан на рис. 15.

Из ниши в кровлю через 0,5—0,7 м друг от друга бурились скважины 1, 2 , 3 (рис. 15, а). Длина скважин изменялась от 2,5 до 8 м. В две крайние скважины устанавливались глубинные реперы, измерительные про­ волоки от которых выводились к специальному отсчетному устройству ОУ [37]. Точность отсчета ±0,1 мм. Средняя скважина оставлялась свободной для осмотра стенок и определения характера и положения трещин.

52

Под устье скважин, оборудованных глубинными репе­ рами R ь R2, Rb устанавливались по две пары контурных реперов г, являвшихся опорами для стоек СУИ-П. Под одной из них в почву устанавливался удлиненный репер с целью избежать влияния пучения почвы (рис. 15,6). В боковые стенки ниши в пласт угля устанавливались пары реперов ИС с заглублением до 0,5 м для изме­ рения сжатия пласта и два ряда реперов R0, устанавли­ ваемых на разной высоте для измерения отжима угля. Все измерения производились с помощью индикаторов круглосуточно с частотой отсчета от 0,5 до 30 мин в зависимости от скорости перемещений.

Одновременное частотное измерение перемещений бо­ ковых пород и пласта позволило с большой точностью не только построить графики перемещений отдельных точек, но и определить скорости этих перемещений. Последнее весьма важно, так как позволяет глубже понять механизм, характер и причины смещений кровли впереди забоя.

Одновременно были проанализированы скорости пе­ ремещения почвы, сжатия пласта, смещения кровли, а также отставания глубинных реперов от контура кровли в нише и лаве. Под скоростью отставания репе­ ров понимается разность в скоростях перемещения кон­ тура кровли и соответствующих глубинных реперов, заложенных в скважину.

Исследования показали, что скорости всех указанных перемещений впереди забоя весьма неравномерны и из­ меняются в широких пределах. Максимальные их вели­ чины (25—30 мм/ч) приурочены в основном к моменту прохода выемочной машины мимо точки измерений, причем по мере приближения к ней забоя скорости перемещения возрастают, что вызывает разрушение опорных элементов кровли (пласта и почвы).

Вне зоны влияния производственных процессов ско­ рости перемещений оставались практически одинако­ выми, весьма небольшими и не зависели от расстояния точки измерения до забоя лавы.

Смещение кровли, сжатие пласта и поднятие почвы были зафиксированы с самого начала наблюдений. При этом глубинные реперы смещались вместе с контуром кровли. Это свидетельствовало, что деформация пласта и смещение контура кровли вызваны смещением всего

53

массива пород впереди забоя. Данное предположение подтвердилось результатами' измерений, производив­ шимися во время первого прохода комбайна. В этот период увеличивались сжатие пласта, смещение контура

врем я , Ч

кровли и поднятие почвы. Выемка пласта сопровожда­ лась смещением кровли на расстоянии 4,2 м впереди очистного забоя. Время затухания деформаций состав­ ляло 1,5—3 ч, т. е. период активных реологических деформаций был небольшим.

Графики смещения кровли и реперов, по скважине № 1, а также поднятия почвы и сжатия пласта в нише

54

приведены на рис. 16. Здесь же показано подвигание забоя и состояние кровли на начало и конец наблюде­ ний. На рисунке видно, что между реперами R2 и R3 появилось расслоение, однако существенных смещений по нормали к пласту не произошло (графики смещений реперов R2 и R3 одинаковы). В скважине № 2 была обнаружена также трещина по напластованию на вы­ соте 3,2 м, которая проходила по плоскости ослабления в виде углистого прослоя, однако на общий характер возникновения наклонных трещин она влияния не ока­ зала (рис. 16, б).

Смещение кровли ко времени выхода устья скважины

40 мм. В данном случае действительной величиной сжа­ тия пласта (без учета влияния самой ниши) следует считать величину смещения верхних реперов, т. е. 40 мм, что составляет 2% от мощности пласта.

Смещение устья скважины и нижнего репера опре­ делялось влиянием самой ниши, так же как и сжатие пласта на контуре ниши, на которое оказывало влияние поднятие почвы, составившее в средней части ниши 33 мм. Сжатие пласта, замеренное на боковой стенке пиши, было равно около 55 мм, т. е. оказалось значи­ тельно большим, чем смещение верхних реперов.

Все эти цифры указывают на то, что при проведении измерений перемещения боковых пород и сжатия пла­ ста в передовых нишах необходимо учитывать влияние самих ниш, иначе можно прийти к неправильным выво­ дам. В данном случае ошибка в определении сжатия пласта на линии забоя лавы (за время измерений в нише) составила 37%.

Характер разрушения кровли при выходе измери­ тельной станции в призабойное пространство лавы, уста­ новленный на основе анализа смещений глубинных ре­ перов, данных по скважине № 2 и результатов наблю­ дений в призабойном пространстве, показан на рис. 17. Наклонные трещины, образующие блоки, возникли на расстоянии 1,3 м от линиии забоя лавы. Им сопутствует целая сеть второстепенных трещин, вызванная, очевидно, влиянием самой ниши. Угол наклона трещин 65—70°. Раскрытие t наклонной трещины на высоте 1,2 м над пластом 8—10 мм, причем на контуре кровли пласта

55

незаметно выхода основной трещины, так как нижний слой нарушенного аргиллита затушевывает общую схему разрушения (рис. 18). Из пиши бурились наклон­ ная 1 и вертикальная 2 скважины. Нижний слой аргил­ лита также разрушился под влиянием ниши, что уста-

j

Рис. 17. Характер разрушения непо­ средственной кровли над нишей

новлено по данным трех скважин. Основная же наклон­ ная трещина 3 прошла вдоль скважины выше аргиллита. Раскрытие ее в нижней части 6 мм, а на высоте 2,8 м — 13 мм. Угол наклона трещины 60—63°.

По данным замера скважины установлено, что тре­ щина местами раздваивалась и снова соединялась, об­ разуя как бы «островки» в виде тонких (толщиной 8—15 мм и длиной 200—500 мм) плиток, что замечалось и ранее в зоне взаимного проседания блоков. На высоте

56

такту. В наклонной скважине, направленной в сторону движения лавы 4, трещина была зафиксирована с по­ мощью ультразвукового прибора [38], а в сторону вы­ работанного пространства — с помощью зеркального перископа. Расстояние между точками замера около 6,5 м. Возможно, что подобные трещины по ослаблен­ ным контактам возникают в опорной зоне в результате проведения ниш.

Рис. 18. Разрушение аргиллита над нишей и форма наклонной трещины

Влияние осадки основной кровли сказалось на харак­

в лаве было хорошим. После проведения ниши и обо­ рудования измерительной станции появились признаки усиленного давления. И в забое лавы, и в нише наблю­ дался усиленный отжим угля. В крове ниши появилась слабонаклонная трещина II, перерезавшая все три сква­ жины, по которой впоследствии произошло смещение кровли в сторону движения забоя на 70 мм. Смещения по нормали к пласту достигли 190 мм. Трещина II обра­ зовалась под воздействием смещения кровли по наклон­ ной трещине I, проходящей, как обычно, вдоль линии забоя. В районе ниши след трещины искривился _(см. рис. 19). Это подтверждает, что возникновение трещин давления вдоль забоя и их положение определяется формой забоя и напряженным состоянием пород. Штри­

57

•

ховкой на рисунке показана зона отжатого угля в нише. Опускания кровли достигли 300—400 мм, причем только по первому заколу составили до 150 мм. Задняя часть крепи испытывала значительную нагрузку сместивши­ мися блоками кровли. Наблюдения в нише были пре-

Рис. 19. Состояние кровли и схема образования трещин в период влияния вторичных осадок:

а— в нише; б— в лаве выше ниши; в— в лаве ниже ниши: г — следы искрив­ ленных трещин / и II в кровле в раПоне нншн (план)

кращены, так как кровля в ней при дальнейшем подвигании забоя обрушилась.

Увеличение сопротивления крепи в два раза не ока­ зало никакого влияния на общий характер разрушения кровли. Однако состояние кровли в призабойном про­ странстве при более высоком сопротивлении крепи улучшилось (уменьшились величина проседаний по за­ колам, объемы вывалов и т. д.).

Исследования в лаве № 12 пласта XXVII. Мощность

58

низированным комплексом КМ-87Д. Глубина работ

200 м.

Непосредственно над угольным пластом залегает светло-серый, среднезернистый, слоистый, трещиноватый песчаник мощностью 4,5 м. Слоистость обусловлена на­ личием на плоскостях напластования углистых прослоев, растительных остатков и обугленного мелкого раститель­ ного детрита. Выше песчаника идет чередование алевро­

стого прослоя (0,03 м). Прочность песчаника на сжатие 1400—1500 кгс/см2, прочность алевролита 1300 кгс/см2. Почва пласта представлена крепким песчаником. На контуре кровли, представленной песчаником, четко про­ слеживается естественная трещиноватость. Трещины не все прямолинейны, пересекают друг друга под разными углами, расходятся, внезапно прерываются на попереч­ ных трещинах, иногда заканчиваются в массиве пород кровли и возникают снова со смещением одна отно­ сительно другой на 10—20 см. Расстояние между тре­ щинами колеблется в широких пределах — от 0,1 до 0,8 м, иногда и более. Направление линии простирания одной из систем трещин 215—240°.

Толщина трещин 2—2,5 мм, однако они все закрыты и заполнены кальцитом. Раскрытие их наблюдается только в местах пересечения или совпадения с трещи­ нами давления.

Разрушение кровли происходит по наклонным тре­ щинам давления криволинейной формы, особенно в нижней их части. При пересечении естественных трещин форма и угол их наклона изменяются, но в незначи­ тельной степени. Разрушение по естественным трещинам происходит только вблизи трещин давления. Расстояния между видимыми трещинами давления колебались в пре­ делах 0,6—3 м, преимущественно составляя 1,2—1,8 м. Смещений кровли по трещинам давления, за редким исключением, не отмечалось. Максимальные смещения кровли 30 мм.

В выработанном пространстве наблюдалось система­ тическое выпадение нижнего слоя кровли мощностью 0,2 м. Иногда высота обрушения достигала 1,5—2 м и очень редко 4—5 м на значительном удалении от крепи. Зависание пород за крепью происходило систематически

59